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電磁輻射騷擾是電氣電子產(chǎn)品的電磁兼容認證中最難通過的測試項目之一。關(guān)于電磁干擾的對策，許多剛接觸的工程師往往面臨一個問題，雖然看了不少對策的書籍，但是卻不知要用書中的那些方法來解決產(chǎn)品的EMI問題。這是一個很實際的問題，看別人修改似乎沒什么困難，對策加了噪聲便能適當(dāng)?shù)慕档?，而自己修改時下了一大堆對策，找了一大堆的問題點，卻總不能有效地降低噪聲。
2.水平、垂直判斷技巧
EMI的測試接收天線分為水平與垂直二個極化，亦即要分別測試記錄此二個天線方向的最大讀值，噪聲必須要在天線為水平及垂直測量時皆能符合規(guī)格，測量天線要測量量水平及垂直二個方向，除了要記錄到噪聲最大時的讀值外，也能顯示出噪聲的特性，由這個特性的顯示，我們可初步判斷造成EMI問題的重點，對于細部的診斷是很有幫助的，通常這個方法是很容易為修改對策人員所忽略。在本期的分析中，筆者要介紹幾種EMI的判圖技巧，也就是如何從靜態(tài)的頻譜分析儀所得到的噪聲頻譜圖做初步的分析，另外也會介紹一般對策修改人員最常用的一些動態(tài)分析技巧。
許多工程師常?；嗽S多時間與精神，卻感覺無法掌握到重點，可能就是缺乏基本分析的技巧，在噪聲的判斷上有一些混淆，如果能夠掌握一些分析方法，可以節(jié)省不少對策的時間。這里所提的一些方法，一直被不少資深的EMI工程師視為秘訣，因為其中往往是累積了多年的心得與經(jīng)驗才體悟出來的方法，而這些方法通常都是非常有效的。
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實例一 水平與垂直讀值的差異
說明 ：
這是Modem&Telephone的產(chǎn)品，讀者可以很明顯地看出來，天線水平時的噪聲和垂直時的噪聲有很大的差異，那么這其中代表了什么意義呢？
分析討論
要清楚的認識這個問題，首先必須要了解天線的基本理論，我們先假設(shè)發(fā)射與接收天線皆為偶極天線。
上圖為當(dāng)發(fā)射天線與接收天線同方向時，由于所產(chǎn)生的電磁波極化相同，故此時接收天線可得到最大的共振接收強度
當(dāng)發(fā)射天線與接收天線不同方向時，則由于發(fā)射天線的電磁波為水平極化，而接收。天線的電磁波為垂直極化，故在共振接收的強度上最小。
以上述這個觀念來分析水平與垂直噪聲的強度差異，當(dāng)接收天線為水平時噪聲強度較高，可以推測此噪聲來源主要是由產(chǎn)品內(nèi)或外的水平線所造成，而當(dāng)接收天線為垂直時噪聲強度較高，可以推測此噪聲來源主要是由產(chǎn)品內(nèi)或外的垂直線所造成，也就是從天線共振的角度去思考問題，把產(chǎn)品的輻射源也想象成一假想的天線，那么在相同方向其所造成的共振效應(yīng)會最大。
以這個觀點來看問題有時往往很快能找到問題的重點，尤其是一些比較復(fù)雜的產(chǎn)品其內(nèi)部及外部皆有許多導(dǎo)線、連接線的產(chǎn)品，如果能先以水平、垂直的讀值做初步的分析，則比較不容易誤判造成噪聲的機制。
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實例二 水平與垂直讀值的差異
差異：
1. 圖3是接收天線為水平極化方向。
2. 圖4是接收天線為垂直極化方向。
說明：
此為CCD的產(chǎn)品，這兩張圖不同于實例四是垂直噪聲的讀值明顯比水平噪聲高。
分析討論
關(guān)于水平與垂直噪聲的判斷，筆者在此再做更詳細的說明，水平噪聲較高，一般必須注意在待測桌上水平部份較長的線以及產(chǎn)品內(nèi)部水平部份的線，而垂直噪聲如果是比水平噪聲高，那么就必須考慮在垂直方向的線，是否造成輻射的問題，而通常最容易被忽略的就是AC電源線，因為AC電源線一般皆沿桌面下垂，所以當(dāng)AC電源線被耦合到噪聲，則會使得天線在垂直方向噪聲增大，但是因為AC電源線無法拔掉來判斷噪聲是否存在，所以不容易很快判斷。
在此介紹二種方法以供讀者使用，對于低頻的噪聲(小于200MHz)可以用數(shù)個Core夾上，看噪聲是否降低，如果噪聲降低則表示噪聲是由電源線所輻射出來，對于高頻的噪聲(大于200MHz)則可將電源線位置改變或左右搖動，看噪聲是否有變大或變小，如果噪聲會隨線的位置而改變，那么便表示噪聲是由電源線所輻射出來。
另外由于產(chǎn)品所造成的噪聲頻率點往往不只一點，而各點可能由不同的輻射機制所造成，所以可以針對單一點的噪聲將頻譜分析儀的頻寬展開，然后天線轉(zhuǎn)成水平及垂直來比較，這個方法看似簡單，但對于比較復(fù)雜的系統(tǒng)與產(chǎn)品，其內(nèi)部及外部連接了許多排線，通常可以有效地鎖定問題的范圍。
筆者亦曾經(jīng)處理過一件拖延甚久的案子，由于其在OPEN SITE測試時，垂直讀值明顯高過水平讀值10dB以上，且當(dāng)人一靠近機器噪聲亦明顯降低，針對這兩個現(xiàn)象來思考，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一短的垂直電纜線連接上下機體造成，當(dāng)問題找到確定后，再做適當(dāng)?shù)膶Σ邔⑹欠浅Ｓ行А?br />
也許讀者會問，水平和垂直噪聲的讀值一樣高則如何來判斷，若碰到這種情形，通常表示噪聲源非常強，故內(nèi)部的各種導(dǎo)線很容易受到耦合，例如使用某些噪聲較強的IC或CPU，這時因為噪聲能量較大，往往要從電路板內(nèi)部與組件的Lay -out、Placement及Ground來下手，當(dāng)然對策方法不止一種，診斷的方法也不只一種，可以用其它方法再仔細的分析問題。為使讀者能夠由實例中了解，筆者亦選取下列數(shù)例以幫助讀者更了解及運用。
電源線的判斷
圖(a)為Desktop PC的噪聲輻射結(jié)果，而圖(b)則為在AC Power電源線加上數(shù)個Core。
電源線的判斷
圖(c)為Desktop PC在300-500MHz的噪聲輻射結(jié)果，而圖(d)則為改變AC Power電源線的形狀，結(jié)果噪聲有明顯的差異。
單點噪聲的判斷
圖(e)為將頻譜分析儀的Span降低，單獨看172MHz的噪聲，此時天線為水平的方向，而圖(f)則為同一角度，將天線轉(zhuǎn)成垂直來看，比較二者的差異便可以知道主要為水平線輻射所造。
三. 最大角度判斷技巧
在EMI測試時，除了天線要測試水平與垂直二個極化方向外，待測物的桌子并且要旋轉(zhuǎn)360度，記錄最大的噪聲讀值，因此當(dāng)發(fā)現(xiàn)噪聲無法符合時，除了先判斷水平和垂直噪聲的差異外，便是要將待測物旋轉(zhuǎn)到最大的噪聲位置，由于電子產(chǎn)品其噪聲的輻射往往會在某一個角度最大，而此時待測物面向天線的位置，往往是造成輻射的來源，通常要分析這位置附近的組件、導(dǎo)線及屏蔽效果，如此則較容易鎖定范圍，再仔細分析問題。
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實例三 最大角度的判斷
差異：
1.圖5是待測物正面對向接收天線。
2.圖6是待測物側(cè)面對向接收天線。
說明 ：
1.這兩張圖是待測物面對接收天線不同的角度，由于角度的不同，很明顯地噪聲的強度也有很大的差別。
分析討論
比較上兩圖，由于待測物面對天線的位置不同，則噪聲強度明顯的不同，這也說明了噪聲源是在產(chǎn)品的某一部份，亦即靠近天線最大時的位置部份必須仔細分析診斷。
這個判斷方法也是如前一樣，可能會遇到不管桌子是轉(zhuǎn)在那一個角度，噪聲強度皆是一樣高，如果碰到這種產(chǎn)品，一般而言是較難處理的，因為待測物的每一個方向噪聲皆一樣強，表示此噪聲源已將機器內(nèi)的每一部份皆感染，處理這一類機器的EMI問題，通常要花一些時間，有時則要使用金屬彈片、銅箔或噴導(dǎo)電漆來抑制噪聲。
最大角度的判斷
圖(g)為將PC待測物轉(zhuǎn)到最大角度，而圖(h)則為用手按前面噴導(dǎo)電漆的塑料殼，結(jié)果噪聲明顯降低，故表示要加強導(dǎo)電漆與金屬鐵殼的密合導(dǎo)通效果。
圖(i)為將將PC待測物轉(zhuǎn)到最大角度，而圖(j)則為用銅箔貼在面對天線的PC前緣外殼上，結(jié)果噪聲明顯降低，故表示要加強該處的屏蔽密合效果。
四. Common mode與Differential mode的判斷技巧
關(guān)于Common mode和Differential mode的分析，相信只要接觸過電磁干擾理論的讀者都略知一二，許多書中也強調(diào)Common mode和Differential mode的重要，并有詳盡的圖解說明其分別造成的機制，有的文章甚且長篇大論分析了一大堆理論，看了之后
對Common mode和Differential mode是了解許多，但是對于如何應(yīng)用與判斷，可能還是有霧里看花，摸不著頭緒的感覺。這主要的原因便是缺少實際測試圖形的配合分析，因此筆者將重點放在實際應(yīng)用分析來說明Common mode和Differential mode。
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實例四 共模與異模的判斷
差異：
1.圖7是含有共模和異模噪聲的CCD產(chǎn)品。
2.圖8是待測物電源關(guān)閉后的背景噪聲。
說明 ：
這兩張圖是比較共模和異模的判斷。
分析討論
圖7是一般測試時最常見到的噪聲頻譜圖形，在此我們做一詳細的分析。首先看整個頻帶的基線(Base line)，其特性為一寬帶的噪聲，比較圖8為機器關(guān)機時頻譜分析儀的圖形，愈高頻基線愈高是因加了天線因子(Antenna Factor)的原因，亦即高于圖8基線的整個寬帶噪聲，我們可以視為 Common mode的噪聲，而其上一支支單獨的噪聲可以視為Differential mode噪聲。將噪聲分布情形分成 Common mode和Differential mode 的作用為何，主要便是要判斷其分別造成的輻射來源機制，如此幫助找到問題點及對策的方法。
造成 Common mode 的原因主要是接地(Ground)與屏蔽(Shield)，也就是當(dāng)發(fā)現(xiàn) Common mode的噪聲非常高時，則要先考慮產(chǎn)品內(nèi)的接地與屏蔽的問題。而造成 Differential mode 的原因則主要是線的問題，包括電路板上的trace線、產(chǎn)品內(nèi)部的各種導(dǎo)線及外部的連接線，故要從各各在線來找出問題，能夠從這兩個方面先把問題厘清，對于深入細部的修改是很有幫助的。
為使讀者能更清楚認識與運用這個觀念，筆者再以下例詳細說明。
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實例五 共模的分析
差異：
1.圖9是一次側(cè)接地和二次側(cè)的地連接在一起。
2.圖10是將一次側(cè)接地和二次側(cè)的地分開。
說明 ：
1.此為切換式電源供應(yīng)器的產(chǎn)品，這兩張圖是說明不同接地方式所造成的影響。
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實例六 異模的分析
差異：
1.圖11是傳真機接上電話線。
2.圖12是傳真機的電話線取下。
說明 ：
1.這兩張圖是說明因為外接線所造成異模輻射的效應(yīng)。
分析討論
關(guān)于共模和異模的分析，在實際的產(chǎn)品噪聲輻射中，往往是相互混合的，有時無法單純的將其分成共模和異模，這點在對策考慮時也必須做多方的判斷，以噪聲能量的觀點來看，當(dāng)噪聲能量大多分布在Ground上，則此時在頻譜儀上則會看到 Broadband的噪聲明顯升高，若噪聲能量大多分布在Trace上，則此時在頻譜儀上會看到 Differential mode的Narrowband噪聲會增加。
但是在實際電路板上，噪聲的能量是同時會分布在Ground和Trace上，所以當(dāng)Ground 的面積加大(RG減小)或Ground的噪聲減小(IN減小)，不僅 Common mode的輻射可降低，同時Differential mode也會隨之降低，因為原先在Trace上噪聲的能量一部份可被Ground所吸收，而將Trace的路徑減短或面積減小，則除了降低Differential mode的噪聲外，因為輻射的天線減小后，相對地Ground噪聲藉Trace所輻射的量自然也就比較小，因此這二者之間往往存在著相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系。
對于這個觀念必須能夠清楚地了解與認識，這一點在電路板的Layout與對策上是非常重要的，也就是對噪聲的防制要能夠有整體的認識，而非單獨針對幾個組件下對策。事實上，從許多的例子可以看到，只是單純在Crystal上加一些電阻、電容和電感(Bead)，通常無法有效地去抑制噪聲噪聲，下面這個例子即是實際在Terminal產(chǎn)品上針對Oscillator對策的電路圖。
上述的范例在早期一直被一些對策人員視為秘籍，許多初學(xué)者看到后總覺得如獲至寶，像上例為了抑制噪聲，共使用了三個電容、四個電感和一個電阻，工程可謂浩大，但是否表示就可以有效抑制噪聲的輻射，答案是否定的。
這也是許多R&D工程師剛開始遇到EMI困擾時，總是信心滿滿認為只要在適當(dāng)?shù)牡胤郊由蠟V波對策即可，結(jié)果花了許多時間卻一直不能放棄噪聲而感到困擾與挫折。這是因為沒有對噪聲的特性先做一評估，又缺少EMI整體對策的觀念，所以有時低頻噪聲抑制下來，結(jié)果高頻卻又無法符合，或者120MHz噪聲減低，但160MHz噪聲卻又升高，如此反反復(fù)覆是非常耗時的。
五.Harmonic諧波的判斷技巧
大部份噪聲測試的頻譜圖，皆可以看到如下之一支支等距的噪聲，這一支支等距的噪聲亦即為噪聲的諧波，通?？捎善渑袛嘣肼暤膩碓?。
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實例七 諧波的分析
差異：
1.圖13是使用28MHz的CCD產(chǎn)品，經(jīng)過除頻后為14MHz。
2.圖14是使用14MHz的無線麥克風(fēng)的產(chǎn)品。
說明 ：
1.這兩張圖是介紹諧波分析的技巧，計算一支支等距噪聲的頻率差。
分析討論
計算每一支等距噪聲差為14MHz，此表示出有一個14MHz的Clock信號所造成，或者是經(jīng)過除頻后有14MHz的信號產(chǎn)生。由于在電路板上往往會使用數(shù)個不同頻率的Crystal，以致有時無法判斷是那一個 Crystal 所造成，利用這個方法有時可以很快的確定是那一個Crystal造成，然后再做對策，如此可省除逐一拆除 Crystal判斷，或者在電路板上逐一割線判斷的麻煩。
六.噪聲點展開的判斷技巧
除了使用諧波的觀念來判斷噪聲的來源外，尚可將噪聲點展開來判斷，也就是將頻譜分析儀的Span減小，然后研究造成的機制。
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實例八 噪聲展開的分析
差異：
1.圖15是TV Game由30-300MHz的噪聲輻射。
2.圖16是將其中較高的噪聲展開。
說明 ：
1.這兩張圖是介紹噪聲展開分析的技巧。
分析討論
由于造成輻射噪聲的成因很多，而產(chǎn)品也可能有多種功能組件會引起噪聲干擾，通常頻譜分析儀設(shè)定由30MHz測到300MHz，如此可以很快看出有那些噪聲無法符合，但是因為頻寬設(shè)定太大，故噪聲幾乎都是一支一支的狀態(tài)顯現(xiàn)，如果我們將頻譜的Span減小，此時便可發(fā)現(xiàn)展開后的波形是不一樣的。
如上例中在30MHz到300MHz的圖中是單支噪聲，但是將Span降至100KHz時，可看出類似方波的波形上還載有另一種波形，透過這種分析也可做為噪聲來源的判斷，為使讀者能更加了解，下列為一些常見到的波形
噪聲展開之分析
圖(k)為Clock的信號，而圖(l)則為Video的信號。
噪聲展開之分析
圖(m)為馬達控制的信號，而圖(n)則為 Clock Generator的信號。
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上述所介紹的分析技巧主要為靜態(tài)的分析，也就是可以先將各種噪聲的特性與狀況畫出來，然后做一個初步的研究分析，這個方法所得到的結(jié)論是偏向猜測性與預(yù)測性的，有時可能如所分析的結(jié)果然而有時則可能和所分析的看法相距甚遠。
筆者要再次強調(diào)EMI的對策是有系統(tǒng)、有方法的，有些步驟看似多余的，但是如此做可以避免事后的許多誤判而鉆入牛角尖，切忌直接判斷問題就蒙著頭一直加對策，這樣往往會多花許多時間與金錢。
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